CT-B59

InstallatIons classes et protectIon de lenvIronnement

livre i - IngnIerIe de la scurIt IncendIe> Guide de conception et de calcul des structures en bton en situation dincendie> Exemple dapplication

livre ii - exploItatIon du logIcIel FlumIlog > Analyse de la prise en compte des parois et de la structure> tudes de cas pour les structures, les crans thermiques et les implantations de btiments

B 59

InstallatIons classes et protectIon de lenvIronnement


livre ii - exploItatIon du logIcIel FlumIlog > Analyse de la prise en compte des parois et de la structure> tudes de cas pour les structures, les crans thermiques et les implantations de btiments

2Contributions louvrage :

ric BORDAIS-MASSENET ACOB

Mnad CHENAF CSTB

Philippe FROMY CSTB

Serge HORVATH CIMBTON

Thierry MURAT SAFEGE

Fabienne ROBERT CERIB

Nicolas TAILLEFER CSTB

3Cet ouvrage de rfrence, compos de deux livres, propose aux matres douvrage et aux matres duvre des mtho-dologies de conception et dimplantation pour les btiments soumis aux rubriques des installations classes. Dans le cadre de lvolution de la rglementation relative aux entrepts couverts, CIMBTON, lACOB et le CERIB mettent votre dis-position cet outil afin de faciliter la conception des documents techniques ncessaires aux dossiers rglementaires.

Le premier livre, ralise par le CSTB et le CERIB, concerne laptitude des entrepts en bton (structures, ossatures, murs sparatifs coupe-feu et faades en bton fonction dcran thermique) satisfaire aux exigences de scurit incendie. Il donne les mthodes appliquer concernant les installa-tions classes soumises au rgime de lautorisation en son article 6-5 (Ingnierie de Scurit Incendie ISI) et celui de lenregistrement en son article 2-2-6, concernant les btiments ayant une structure en bton.

Le deuxime livre, tabli par le bureau dtudes Safege concerne lutilisation commente du logiciel FLUMILOG de lINERIS. Il analyse les possibilits de structure, dcran ther-mique et dimplantation donnes par ce logiciel (calcul des effets thermiques produits par un entrept), imposes en son article 2-1 pour les installations classes soumises au rgime de lenregistrement.

Avant-propos

5Sommaire

livre i - IngnIerIe de la scurIt IncendIe 7> Guide de conception et de calcul des structures en bton en situation dincendie> Exemple dapplication

l 1 Conception et calcul des entrepts 131. Objectifs de scurit et comportement au feu (au sens de larrt) 142. Dfinition de laction thermique, choix des scnarios de feu 223. Analyse du btiment 354. Comportement au feu : calcul de lchauffement et rponse de la structure 395. Annexes 45

l 2 exemple dapplication : entrept logistique de 29 000 m 531. Objet 542. Documents et information de rfrence 543. Description sommaire de lentrept 554. Rappel des objectifs de scurit et critres associs 565. Scnarios dincendie pris en compte 576. Analyse du btiment 697. chauffement des lments 768. Comportement mcanique tempratures leves 839. Synthse de la vrification des principaux critres de scurit 99

livre ii - exploItatIon du logIcIel FlumIlog 101 > Analyse de la prise en compte des parois et de la structure> tudes de cas pour les structures, les crans thermiques et les implantations de btiments

l 1 tude du logiciel Flumilog 2.01 Analyse de la prise en compte des parois et de la structure 1071. Prsentation du logiciel 1082. Cahier des charges 1193. Exploitation des rsultats 1214. Conclusion 136

l 2 - tude du logiciel Flumilog 2.01 rapports 137 Annexe 1 - scnarios de simulation 138Annexe 2 - rapport Flumilog essai 1 142Annexe 3 - rapport Flumilog essai 2 151Annexe 4 - rapport Flumilog essai 3 157Annexe 5 - rapport Flumilog essai 4 163Annexe 6 - rapport Flumilog essai 5 169Annexe 7 - rapport Flumilog essai 6 175Annexe 8 - rapport Flumilog essai 7 181Annexe 9 - rapport Flumilog essai 8 187Annexe 10 - rapport Flumilog essai 9 193Annexe 11 - rapport Flumilog essai 10 199Annexe 12 - rapport Flumilog essai 11 205Annexe 13 - rapport Flumilog essai 12 211Annexe 14 - rapport Flumilog essai 13 217Annexe 15 - rapport Flumilog essai 14 223Annexe 16 - rapport Flumilog essai 15 235

7InstallatIons classes et protectIon de lenvIronnement


8Les structures en bton arm et prcontraint sont couramment employes pour la construction dentrepts. Ces structures largement prfabriques permettent une construction rapide et conomique qui fournit une rponse adapte la fois aux exigences des matres douvrage et aux exigences de scurit lies lexploitation de tels btiments.

Larrt du 5 aot 2002 a introduit la possibilit de recourir aux mthodes de ling-nierie de la scurit incendie pour vrifier les critres de scurit en cas dincendie. Cette possibilit ouvre la perspective de droger certaines contraintes qui limi-taient jusque-l loptimisation des structures en bton arm et prcontraint. Dans la mesure o il est aujourdhui admis de prendre en compte des scnarios1 de feu qui dcrivent de manire raliste le dveloppement dun incendie, la rponse de la structure doit galement tre tudie au moyen de mthodes avances qui rpondent des objectifs de comportement densemble de la structure. La mise en uvre de ces mthodes avances tant pour la dtermination de laction ther-mique2 que pour le calcul de la rponse de la structure ncessite une bonne com-prhension des phnomnes physiques et une dmarche danalyse adapte.

En octobre 2008, est paru le document intitul Ingnierie de la scurit incendie Entrepts Guide des modalits dapplication de larticle 6 6e alina de larrt du 5 aot 2002, publi par lAFNOR. Il rappelle les objectifs de scurit et les critres associs dans le cas dtudes dingnierie de la scurit incendie appliques aux entrepts et dcrit les mthodes de vrification permettant de satisfaire les objec-tifs de scurit.

Le prsent guide constitue un outil complmentaire de larrt du 5 aot 2002 et du guide doctobre 2008 pour aider la ralisation dune tude dingnierie. Il vise trois objectifs : comprendre les phnomnes physiques associs aux actions thermiques ; collecter les donnes ncessaires la ralisation de ltude dingnierie ; raliser ltude spcifique dingnierie incendie propose par larrt.

Comme pour le guide 2008, ce prsent document ne traite pas dune dmarche globale dingnierie de la scurit incendie, telle quelle pourrait tre effectue dans le cadre des travaux en cours tant au niveau international, par lISO TC 92/SC 4 quau niveau franais par le Projet National Ingnierie de la Scurit Incendie (PN-ISI).

Le guide a pour but dexposer une dmarche applicable au calcul de la rsistance au feu des structures dentrept en bton, partir de scnarios de feu caractriss

1 Terme dfini dans le glossaire.2 Terme dfini dans le glossaire.

Introduction

9par des actions thermiques diffrentes de celle correspondant au feu convention-nel3 ISO-R834. Il ne sagit donc pas dun recueil de solutions types. Les applica-tions proposes sont valides seulement pour les cas tudis et sont proposes titre dillustration.

Le guide est principalement destin lingnieur du bureau dtude en charge du dimensionnement de la structure dun entrept ou bien de la vrification de sa dure de stabilit. Les donnes ncessaires ltude sont prsentes de manire permettre lestimation du temps ncessaire pour les rcolter.

Dans la mesure o on sintresse la stabilit des structures soumises aux effets dun feu naturel4, seuls les objectifs de scurit lis au comportement au feu de la structure du btiment sont concerns par le guide. Les autres objectifs, concernant lvacuation des occupants et lintervention des secours en particulier, sortent du primtre du guide.

De plus, les moyens de protection active et les mesures de prvention des incen-dies sont exposs dans les arrts. Ils nentrent pas dans le primtre du guide.

3 Terme dfini dans le glossaire.4 Terme dfini dans le glossaire.

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Table des matires lIvre I

l 1 Conception et calcul des entrepts 131. Objectifs de scurit et comportement au feu (au sens de larrt) 14

1.1 Rappel du texte 14

1.2 Stabilit 16

1.3 Absence de ruine en chane 17

1.4 Non-effondrement vers lextrieur 18

1.5 Compartimentage (murs coupe-feu) 19

2. Dfinition de laction thermique, choix des scnarios de feu 22

2.1 Laction thermique sur les lments de la structure 22

2.1.1 La cible est plonge dans la zone de flamme

ou de panache 24

2.1.2 La cible est plonge dans les gaz chauds accumuls

sous le plafond (couche chaude) 25

2.1.3 La cible est plonge dans lair temprature ambiante

et reoit une agression thermique radiative 26

2.2 Gnralits sur llaboration des scnarios de feu 26

2.2.1 Activit des foyers et dbit calorifique 26

2.2.2 Rle des ouvertures et contrle par la ventilation 27

2.2.3 Rayonnement thermique direct des flammes 28

2.3 Choix de scnarios 30

2.3.1 Phase de dmarrage 30

2.3.2 Phase dextension du feu 31

2.3.3 Phase de feu dvelopp 31

2.3.4 Incendie dun canton 31

2.3.5 Incendie dune cellule 32

2.4 Le choix des outils de calculs 32

2.4.1 Rappel sur les outils de calculs disponibles 32

2.4.2 Choisir un modle et utiliser un logiciel 33

3. Analyse du btiment 35

3.1 Analyse pliminaire 35

3.2 Condition dexposition des cibles 36

3.3 Dtails constructifs (liaisons, faades) 38

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4. Comportement au feu : calcul de lchauffement

et rponse de la structure 39

4.1 chauffement des lments 39

4.2 Rponse de la structure soumise une action thermique 41

4.2.1 Proprits thermo-mcaniques des matriaux 41

4.2.2 Action thermique uniforme : vrification de la

stabilit au feu des lments 41

4.2.3 Action thermique uniforme : comportement

densemble (cinmatique de ruine) 42

4.2.4 Action thermique non uniforme : comportement

densemble (plusieurs courbes temprature) 43

4.25 Compatibilit des dformations 43

4.3 Outils de calcul 43

5. Annexes 45

Annexe 1 - Donnes ncessaires pour raliser une tude 45

Annexe 2 - Dmarche dune tude 46

Annexe 3 - Proposition du contenu minimal dun rapport dtude 47

Annexe 4 - Exemple de calcul

Annexe 5 - Glossaire 50

l 2 - exemple dapplication : entrept logistique de 29 000 m 53

1. Objet 54

2. Documents et information de rfrence 543. Description sommaire de lentrept 55

4. Rappel des objectifs de scurit et critres associs 56

5. Scnarios dincendie pris en compte 57

5.1 - Feu localis : scnario 0 58

5.2 - Feu svre : scnarios 1, 2, 3, 4 et 4-1 59

5.3 - Feu dvelopp : scnarios 5, 6, 7 et 8 60

5.4 - Incendie dun canton : scnarios 9, 10, 11 et 12 60

5.5 - Incendie dune cellule : scnarios 13 61

5.6 - Rsultats des simulations 64

5.7 - Actions thermiques sur les structures 67

6. Analyse du btiment 69

6.1 - Actions thermiques sur la structure 69

6.2 - Dtails constructifs 74

6.3 - Modlisations des cibles 74

7. chauffement des lments 76

7.1 - Mthode de calcul 76

7.2 - Hypothses 76

7.3 - Calcul de lchauffement 77

7.4 - Rsultats des calculs dchauffement 78

8. Comportement mcanique tempratures leves 83

8.1 - Hypothses mcaniques 83

8.2 - Matriaux 84

8.3 - Charges 84

8.4 - Rsultats mcaniques 85

9. Synthse de la vrification des principaux critres de scurit 99

9.1 - Stabilit sous feu ISO 99

9.2 - Absence de ruine en chane et de ruine vers lextrieur 99

13

Chapitre1 Conception et calcul desentrepots

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Chapitre 1 Conception et calcul des entrepts

1. Objectifs de scurit et comportement au feu (au sens de larrt)

1.1 - Rappel du texte

Les parties du texte de larrt qui sont vises par le prsent guide sont les sui-vantes. Il sagit dextraits du texte dans lesquels les passages relatifs au comporte-ment au feu de la structure ont t slectionns.

Dispositions relatives au comportement au feu Des entrepts

Article 6 : dispositions constructives

De faon gnrale, les dispositions constructives visent ce que la ruine dun lment (murs, toiture, poteaux, poutres par exemple) suite un sinistre nentrane pas la ruine en chane de la structure du btiment, notamment les cellules de stockage avoisinantes, ni de leurs dispositifs de recoupement, et ne favorise pas leffondrement de la structure vers lextrieur de la premire cellule en feu.

en vue de prvenir la propagation dun incendie lentrept ou entre par-ties de lentrept, celui-ci vrifie les conditions constructives minimales sui-vantes (extraits) : pour les entrepts de deux niveaux ou plus, les planchers sont coupe-feu de degr 2 heures et la stabilit au feu de la structure dune heure pour ceux dont le plancher du dernier niveau est situ plus de 8 mtres du sol intrieur. pour les entrepts simple rez-de-chausse de plus de 12,50 m de hauteur, la stabilit au feu de la structure est dune heure, sauf si le btiment est dot dun dispositif dextinction automatique dincendie et quune tude spci-fique dingnierie incendie conclut une cinmatique de ruine dmontrant

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le non-effondrement de la structure vers lextrieur de la premire cellule en feu et labsence de ruine en chane, et une cintique dincendie compatible avec lvacuation des personnes et lintervention des services de secours ; les escaliers intrieurs reliant des niveaux spars, dans le cas de plan-chers situs plus de 8 mtres du sol intrieur et considrs comme issues de secours, sont encloisonns par des parois coupe-feu de degr 1 heure et construits en matriaux m0. ils doivent dboucher directement lair libre, sinon sur des circulations encloisonnes de mme degr coupe-feu y condui-sant. les blocs-portes intrieurs donnant sur ces escaliers sont pare-flamme de degr 1 heure ; les ateliers dentretien du matriel sont isols par une paroi et un pla-fond coupe-feu de degr 2 heures ou situs dans un local distant dau moins 10 mtres des cellules de stockage. les portes dintercommunication sont coupe-feu de degr 2 heures et sont munies dun ferme-porte ; les bureaux et les locaux sociaux, lexception des bureaux dits de quais destins accueillir le personnel travaillant directement sur les stockages et les quais, sont situs dans un local clos distant dau moins 10 mtres des cel-lules de stockage, ou isols par une paroi, un plafond et des portes dinter-communication munies dun ferme-porte, qui sont tous coupe-feu de degr 2 heures, sans tre contigus avec les cellules o sont prsentes des matires dangereuses.

compartimentage et amnagement Du stockage

Article 8 : compartimentage

lentrept est compartiment en cellules de stockage afin de limiter la quan-tit de matires combustibles en feu lors dun incendie. ce compartimen-tage doit permettre de prvenir la propagation dun incendie dune cellule de stockage lautre. pour atteindre cet objectif, les cellules doivent respec-ter les dispositions suivantes : les parois qui sparent les cellules de stockage doivent tre des murs coupe-feu de degr minimum 2 heures ; les percements effectus dans les murs ou parois sparatifs, par exemple pour le passage de gaines, sont rebouchs afin dassurer un degr coupe-feu quivalent celui exig pour ces murs ou parois sparatifs ; les ouvertures effectues dans les murs ou parois sparatifs, par exemple pour le passage de galeries techniques, sont munies de dispositifs assurant un degr coupe-feu quivalent celui exig pour ces murs ou parois sparatifs ; les portes communicantes entre les cellules doivent tre coupe-feu de degr 2 heures et munies dun dispositif de fermeture automatique qui doit pouvoir tre command de part et dautre du mur de sparation des cellules. la fermeture automatique des portes coupe-feu ne doit pas tre gne par des obstacles ;

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les parois sparatives doivent dpasser dau moins 1 mtre la couverture au droit du franchissement. la toiture doit tre recouverte dune bande de protection sur une largeur minimale de 5 mtres de part et dautre des parois sparatives. alternativement aux bandes de protection, une colonne sche place le long des parois sparatives peut assurer cette protection sous rserve de justification ; si les murs extrieurs nont pas un degr coupe-feu 1 heure, les parois sparatives de ces cellules sont prolonges latralement aux murs extrieurs sur une largeur de 1 mtre ou de 0,50 mtre en saillie de la faade dans la continuit de la paroi.

1.2 - Stabilit au feu

La stabilit au feu implique de vrifier que pour une dure spcifie et une action thermique donne (par exemple 1 h sous action thermique conventionnelle), la structure porteuse est capable de reprendre les charges auxquelles elle est sou-mise. La combinaison des charges (charges gravitaires, climatiques et exploitation) est spcifique ltat limite ultime accidentel de type incendie. On sintresse : soit chaque lment sparment (poutre, poteau, mur) ; soit une structure partielle ou complte (portique).

Figure 1 : stabilit au feu dun lment isol et dune structure

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Gnralement, les panneaux de couverture reposent directement sur les pannes. Les pannes sont poses de faon isostatique sur les poutres principales. Les pannes qui ne participent pas directement la stabilit de la structure ne sont pas concernes par les vrifications de stabilit au feu. En effet, il est admis que lorsquelles sont exposes des tempratures trs leves, les zones situes en dessous prsentent des conditions de tenabilit (fume, tempratures) excluant la prsence des occupants. En revanche, les pannes qui appartiennent au systme de contreventement font partie des lments de structure. Dans ce cas, leur stabilit est indispensable la stabilit au feu de lensemble de louvrage, elle doit donc tre vrifie.

Dans le cas de la sollicitation conventionnelle, la dure de stabilit au feu est fixe rglementairement. Tous les lments de la structure sont exposs la mme action thermique. Elle reprsente une enveloppe des actions pouvant solliciter la structure. Elle est gnralement applique de faon uniforme lensemble des l-ments de la structure situs lintrieur dun compartiment ferm par des parois coupe-feu. En particulier, les entrepts sont gnralement constitus de cellules spares par des murs coupe-feu. On applique alors laction thermique conven-tionnelle tous les lments de la cellule. Les lments mitoyens (mur coupe-feu) sont sollicits dun seul ct.

Dans le cas dune sollicitation de type feu naturel, la sollicitation peut ne pas tre uniforme (feu localis par exemple).

La dure de stabilit au feu de la structure doit tre compatible avec dautres objec-tifs de scurit, cest--dire : tre suprieure la dure dvacuation des occupants ; tre suprieure au dlai dintervention des secours ; tre compatible avec les critres lis au compartimentage (stabilit des murs

coupe-feu ou des planchers, encloisonnement des escaliers).

1.3 - Absence de ruine en chane

Dans le cas de laction thermique conventionnelle, la dure de stabilit de la struc-ture est impose. Lensemble de la structure devant tre stable au feu, le critre dabsence de ruine en chane nest pas considr. Lorsquon considre des actions thermiques de type feu naturel, le critre dabsence de ruine en chane doit tre vrifi.

Un incendie se dclarant lintrieur dune cellule ne doit pas provoquer la ruine de la structure porteuse dans un autre endroit de lentrept. Cet objectif vise pr-server la scurit des quipes dinterventions qui pourraient entrer dans lentrept et des occupants nayant pas pu vacuer rapidement dans les zones loignes du foyer. Ainsi une ruine locale ventuelle de la structure au droit de lincendie ne doit

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pas conduire mettre en danger les autres parties de lentrept, non soumises lincendie. Les critres associs labsence de ruine en chane se vrifient pour chaque cellule pour toute la dure de lincendie et impliquent le non-effondrement des murs sparatifs. Pour simplifier, on peut dire que la ruine de la structure dune cellule ne doit pas entraner la ruine des cellules adjacentes.

Figure 2 : schma de principe illustrant labsence de ruine en chane dune structure

portique comprenant trois cellules

1.4 - Non-effondrement vers lextrieur

Dans le cas de laction thermique conventionnelle et dune dure de stabilit impo-se, lensemble de la structure doit tre stable au feu, le critre de ruine vers lext-rieur des lments de structure pendant cette dure nest donc pas considr. Lorsquon prend en compte des actions thermiques de type feu naturel, le critre de non-effondrement vers lextrieur doit tre vrifi.

Un incendie se dclarant lintrieur dune cellule ne doit pas provoquer leffon-drement des faades vers lextrieur de lentrept. Cet objectif vise prserver la scurit des quipes de secours situes lextrieur du btiment. Une ruine locale dlments de structure, par exemple la structure de la faade au droit de lincendie, ne doit pas conduire mettre en danger les personnes ventuellement prsentes lextrieur de lentrept (service de secours par exemple). Il est alors ncessaire dvaluer la cinmatique de ruine, cest--dire la direction vers laquelle llment de structure vertical va seffondrer. Les critres associs au non-effon-drement vers lextrieur se vrifient pour chaque faade et pour toute la dure de lincendie.

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Figure 3 : schma de principe illustrant le non-effondrement vers lextrieur de la faade

Parmi les facteurs intervenant dans la satisfaction de ce critre, on compte les charges appliques la structure, en particulier les charges qui provoquent des moments de flexion dans les poteaux (poids des auvents, charges excentres), leffet des gradients thermiques (exposition au feu non uniforme de la section), les dplacements du reste de la structure ainsi que lefficacit des liaisons entre l-ments. En particulier dans le cas courant des poteaux, on tudiera avec attention la liaison en tte entre le poteau et le reste de la structure. En effet, le comportement de cette liaison dans le temps influence beaucoup le sens de ruine de la faade. Par exemple, si les poutres seffondrent avant les poteaux et si la liaison poteau poutre reste maintenue durant lincendie, il est possible de dmontrer que la poutre va entraner le poteau dans son effondrement vers lintrieur du btiment. En lab-sence de liaison (poteau libre en tte), leffet du gradient thermique dans la section du poteau est tudier en dtail car il peut entraner la dformation du poteau vers lextrieur (ct oppos au feu) et provoquer sa ruine par perte de stabilit (effet de lexcentricit des charges).

1.5 - Compartimentage (murs coupe-feu)

Le compartimentage a pour but de limiter la propagation de lincendie travers lentrept. Il concerne des lments verticaux (murs sparatifs des cellules) ou horizontaux (planchers entre niveau ou couverture).

Dans les entrepts en bton, il est courant que les murs coupe-feu soient solidaires de la structure porteuse. Par exemple, ces murs sont frquemment raliss avec des panneaux en bton maintenus par des poteaux prsentant des feuillures. En consquence, lefficacit du compartimentage dpend : de lisolation thermique des panneaux ; de ltanchit aux gaz des parois ; de la stabilit au feu des parois (panneaux et poteaux).

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Le critre dtanchit au gaz implique que la dformation relative entre les poteaux et les panneaux reste limite. La stabilit au feu des poteaux doit tre au moins celle requise par le degr coupe-feu du mur, mme si le degr de stabilit au feu requis pour la structure est plus faible. Par exemple, le degr de stabilit au feu exig pour la structure porteuse peut tre de 1 h 30 (feu ISO) et le degr coupe-feu du mur de 2 h En consquence les poteaux participant directement la stabilit du mur coupe-feu doivent avoir une stabilit au feu (feu ISO) de 2 h au minimum. Il faut tenir compte du fait que le reste de la structure peut seffondrer avant, ce qui peut en particulier modifier les conditions dappuis des poteaux.

La figure 4 illustre deux dispositions courantes pour les murs coupe-feu.

Selon larticle 8, le degr coupe feu des parois servant au compartimentage de lentrept doit tre dau moins 2 h, cest--dire quelles sont stables au feu 2 h sous action thermique conventionnelle, quelles sont galement tanches aux gaz chauds et prsentent une isolation thermique suffisante pour que la temprature de la face non expose ne dpasse pas 140 C en moyenne et 180 C localement.

Larticle 8 contient galement des prescriptions concernant la forme de ces parois qui doivent dpasser de 1 m en toiture et tre prolonges en faade de 1 m lat-ralement ou de 0,5 m en saillie dans le prolongement du mur.

Bien entendu, les ouvertures dans ces murs (portes, fourreaux, gaines) doivent prsenter le mme degr coupe-feu que les parois dans lesquelles elles sont implantes.

21

Figure 4 : dispositions constructives courantes pour les murs coupe-feu

22


2. Dfinition de laction thermique, choix des scnarios de feu

Lobjectif de ce chapitre est daider le bureau dtude dfinir la ou les actions thermiques (volution temporelle et spatiale de la temprature au voisinage des lments de structure) utiles au dimensionnement de la structure de lentrept.

2.1 Laction thermique sur les lments de la structure

La cible est ici un lment de structure dont on cherche valuer les conditions de stabilit. Laction thermique est dfinie par le flux net absorb par la cible. Ce flux est la diffrence entre le flux absorb et le flux mis par la cible.

Selon la configuration du scnario de feu considr, une ou plusieurs sources dagression thermique peuvent tre prises en compte :1 - la cible est place dans un gaz chaud (flamme ou panache) ou2 - la cible, place dans lair temprature normale, se trouve expose un rayon-

nement thermique (venant de la flamme, de la couche chaude) ou3 - la cible, place dans la zone chaude haute, se trouve expose au rayonnement

thermique de cette zone et celui de la flamme.

Les deux figures suivantes illustrent quelques configurations dactions thermiques sur des cibles. Depuis lallumage du premier foyer et pendant la phase dextension et de dveloppement du feu, selon le foyer la cible en partie haute peut tre chauf-fe par la flamme (figure 5a) ou par les gaz chauds du panache thermique (figure 5b). Plus loin du foyer, une cible ne voit pas le foyer et est chauffe par les gaz chauds accumuls sous le plafond (figure 6).

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Figure 6 : les poutres et les parties hautes des poteaux sont chauffs par les gaz chauds

accumuls sous le plafond. Ces cibles ne voient pas les flammes du foyer, elles ne sont

donc pas soumises leur rayonnement direct.

Figure 5a : la flamme atteint le plafond.

La poutre et le poteau sont chauffs par

la flamme.

5b : la hauteur de flamme est infrieure

la hauteur sous plafond. La poutre est

chauffe par le panache thermique de

flamme et une partie basse du poteau

est chauffe par la flamme.

24


2.1.1 - La cible est plonge dans la zone de flamme ou de panache

Un dpart de feu au pied dun poteau correspond cette situation. En effet, tant que le combustible nest pas puis, la partie basse du poteau sera chauffe direc-tement par les flammes et gaz chauds du foyer. La poutre situe au-dessus de laxe vertical du foyer sera galement chauffe par les flammes du foyer et/ou son panache thermique selon que la base du foyer est plus ou moins proche de la couverture. Un dpart de feu au voisinage dun lment de compartimentage correspond galement cette situation.

La dure de laction thermique localise est dtermine si lon connat la vitesse de perte de masse des objets combustibles en feu. Mais on ne la connat pas avec prcision. Le 2.2.1 fournit quelques raisons ce manque de connaissances. On peut seulement dire, en sappuyant sur des essais rels raliss en entrepts pour diffrents modes de stockage, que la combustion est rapide et intense mais que la dure de cette phase nest que de quelques dizaines de minutes. Ensuite, laction thermique locale dcline avec lpuisement du combustible et cde la place une sollicitation thermique due aux gaz chauds accumuls sous le plafond (voir 2.1.2)

Cette situation de feu localis, caractrise par une action thermique cinma-tique rapide et intense mais de courte dure devant celle dun feu dentrept qui peut dpasser plusieurs heures, fait lobjet dun scnario de feu ( 2.3.1).

Pour les calculs : on admet dans ce cas que lagression thermique est due la temprature sur laxe du foyer. Celle-ci est maximale dans la section de cet cou-lement une hauteur donne. On peut ngliger la contribution dautres sources dagression par rayonnement car les gaz chauds absorbent gnralement la quasi-totalit du rayonnement thermique incident.La temprature sur laxe du panache diffrente hauteur est calcule partir de formules de corrlations et dune valeur maximale.Le flux de chaleur net absorb1 peut tre calcul partir dune expression sem-blable celle de lEC 1991-1-2, chapitre 3.1. les valeurs des coefficients dchanges peuvent reprendre ceux correspondant au feu conventionnel ISO R834, au feu naturel ou bien encore dautres valeurs quil conviendra alors de justifier au regard du problme trait.

Remarque : pour les calculs dchauffement des lments de la structure on peut admettre que la temprature des gaz chauds suit lvolution temporelle de lactivit du foyer. Ainsi, si la phase de croissance du feu est de 5 minutes, la temprature augmentera en 5 minutes pour atteindre la valeur maximale fournie par la for-mule utilise.

1 Voir glossaire.

25

2.1.2 - La cible est plonge dans les gaz chauds accumuls sous le plafond (couche chaude)

Les poutres et les poteaux (la partie haute seulement) situs loin du foyer sont sou-mis ce type daction thermique. La poutre au-dessus du premier foyer comme la partie suprieure poteau, aprs avoir t chauffes par les flammes et/ou le panache thermique et aprs puisement du combustible sont ensuite soumis ce type daction thermique. Les lments de compartimentage sont aussi concerns.

Un dbit de gaz chauds et de fumes rsultant de lactivit du premier foyer, puis de son extension dautres objets combustibles, provoque la cration puis le rem-plissage dune couche de fume stalant sous le plafond. Le temps scoulant, lpaississement de la couche de fume conduit une sollicitation thermique du plafond pour laquelle la contribution de la couche de fume augmente et celle de la flamme et de son panache diminue. Ce phnomne saccentue mesure que lpaisseur de couche de fume augmente. Aprs quelques minutes, la sollicita-tion thermique de cibles places en plafond est exclusivement due aux gaz chauds son contact.

Ce type daction thermique correspond une phase dextension du feu (pr-inflam-mation gnralise). Durant cette phase, dont la dure est suprieure celle de la phase de dmarrage (voir 2.3.1 et 2.1.1) le feu se dveloppe, la temprature des gaz chauds sous plafond, lintrieur du canton, de la cellule augmente sans toutefois dpasser un niveau critique correspondant linflammation gnralise.

Cette phase dextension du feu peut faire lobjet dun ou plusieurs scnarios de feu ( 2.3.2 2.3.4).

Pour les calculs : si la cible est dans une zone haute chaude, on suppose quelle est soumise linfluence de la temprature de la zone haute. On peut ngliger la contribution radiative de la flamme. Cette hypothse est acceptable pour une cible loin du foyer ou si le milieu gazeux absorbe de faon notable le rayonnement thermique, ce qui est gnralement le cas pour les feux concernant les matriaux combustibles rencontrs en entrept.

Le flux de chaleur net absorb peut tre calcul partir dune expression sem-blable celle de lEC 1991-1-2, chapitre 3.1. Les valeurs des coefficients dchanges peuvent reprendre ceux correspondant au feu conventionnel ISO R834, au feu naturel ou bien encore dautres valeurs quil conviendra alors de justifier au regard du problme trait.

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2.1.3 - La cible est plonge dans lair temprature ambiante et reoit une agression thermique radiative

Tous les lments de la structure et de compartimentage qui ne sont pas dans les flammes et le panache du foyer ni dans les gaz chauds sous plafond sont concer-ns par ce type daction thermique.

La cible reoit un rayonnement thermique provenant de deux sources : les flammes du foyer ; la couche de gaz chauds accumuls sous le plafond.Ces deux contributions sont additionnes. Laction thermique rsultante est lclai-rement2 nergtique. Pour calculer le flux de chaleur net absorb (laction ther-mique) il faut au pralable calculer la valeur de lclairement (flux thermique inci-dent) et par consquent caractriser le flux de chaleur mis en direction de la cible. Le chapitre 2.2.3 explique la manire de calculer lclairement sur une cible.

2.2 - Gnralits sur llaboration des scnarios de feu

Ce chapitre dcrit les principaux phnomnes physiques mis en jeu lors dun feu et propose des simplifications ncessaires une application pratique de ces ph-nomnes au calcul de laction thermique dans le cadre dune tude spcifique dingnierie prvue au 6e alina de larrt du 5 aot 2002.

2.2.1 - Activit des foyers et dbit calorifique

On observe deux phnomnes dans la croissance de lactivit dun foyer non sou-mis une influence externe : la monte en rgime thermique de la source de gaz combustibles et lextension de la surface active . Ils sont caractriss par le dbit de gaz combustible quittant linterface du solide et le dbit de chaleur asso-ci la combustion de ces gaz.

On distingue une phase de croissance, une phase de puissance maximale et une phase de dclin. Pendant la phase de croissance la surface en pyrolyse active stend. La vitesse dextension varie selon la nature du matriau, lorientation de la surface ainsi que des conditions de sollicitation thermique. Par exemple, si un solide a t globalement chauff, cest toute la surface expose lair qui peut

2 Voir glossaire.

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quasi instantanment sallumer. La puissance maximale est atteinte en fin de la phase dextension. Elle se maintient ce niveau pendant le temps ncessaire la consommation de lpaisseur du solide. Lactivit du foyer dcline ensuite.

La diversit des matriaux combustibles, le mode dentreposage rendent difficiles une prdiction fine de lvolution du dbit calorifique3. Dans le cadre dune tude spcifique dingnierie, o laccent est mis sur des feux svres, il est envisageable de reprsenter de faon simplifie lactivit du foyer par une valeur du dbit calo-rifique par unit de surface implique par le feu. Le choix de cette valeur dpend principalement de la nature des objets combustibles entreposs.

Dans la ralit dun feu, la puissance dgage par la combustion de matires com-bustibles varie aussi selon ltat des stockages (divis ou pas), du mode de stoc-kage (racks, masse) De plus, partir dun stade de dveloppement, la ventilation de lentrept limite le dbit calorifique dgag dont la valeur maximale dpend moins du matriau que de la dimension des ouvertures. Dans ces conditions, pour des feux svres, le constat prcdent rduit la sensibilit du rsultat la valeur du dbit calorifique surfacique.

Remarque : pour les calculs, lvolution temporelle du dbit calorifique est repr-sente par une courbe simplifie. Par exemple, la phase de croissance et la phase de dclin peuvent tre reprsentes par des lois linaires. La phase de plein dve-loppement est quant elle reprsente par un plateau puissance constante.

2.2.2 - Rle des ouvertures et contrle par la ventilation

Au tout dbut de lactivit dun feu accidentel, loxygne prsent dans lentrept alimente le foyer. Puis, loxygne est amen par les ouvertures de la cellule. Si le flux doxygne est suffisant, le dveloppement du feu est pilot par la vitesse de dgradation des matriaux combustibles (dbit de pyrolyse). Si ce flux est insuffi-sant, la combustion est incomplte et la puissance libre croit plus lentement. Le dveloppement du feu est alors pilot par le flux dair entrant dans la cellule. Ce rgime de fonctionnement du feu est appel contrle par la ventilation4 . Dans ce cas, pour une cellule ouverte sur lextrieur par des ouvertures verticales (les portes), le dbit calorifique sexprime partir des dimensions des ouvertures et du dbit dair entrant.

Ainsi, pour quun feu svre (plusieurs dizaines de MW) puisse se dvelopper il est ncessaire que lune des portes daccs aux quais soit ouverte. En effet, si une cellule est ferme, le volume dair disponible permet seulement la combustion de quelques tonnes de matriau combustible, soit une trs faible partie de la quantit totale. Dans ce cas, le feu ne peut pas atteindre une puissance importante sans ouvertures supplmentaires.

3 Voir glossaire.4 Voir glossaire.

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2.2.3 - Rayonnement thermique direct des flammes

Pour pouvoir calculer lclairement reu sur une cible il est ncessaire de reprsen-ter gomtriquement les flammes. Trois modles de complexit croissante sont proposs. Ils sont utilisables tous les trois. La gomtrie de la flamme, la distance de la cible la flamme, les dimensions de la cible relativement la flamme guident au choix du modle de reprsentation gomtrique utiliser.

Le modle simple de source ponctuelle peut tre utilis pour des cibles pla-ces des distances nettement plus grandes que la largeur de la source et situes des hauteurs du mme ordre de grandeur que celle de la source. Il est plutt utilisable pour des flammes et des cibles situes lextrieur de lentrept (calcul de lclairement en limite de proprit par exemple).

Le modle de mur de flamme peut par exemple tre utilis pour reprsenter le rayonnement dun feu dobjets disposs en rack.

Le modle de flamme cylindrique sera quant lui plus appropri pour un foyer dont la largeur et la longueur sont du mme ordre de grandeur de faon pouvoir assimiler la surface du foyer un cylindre horizontal. Ce pourrait par exemple tre le cas pour un feu de stockage en palettes.

Lexpression de lclairement sur une cible peut scrire : Ecl = FEf en W/m2

o F est le facteur de forme sans dimension et Ef lmittance de lmetteur de rayonnement en W/m2. Lexpression de F diffre selon le modle gomtrique de la flamme retenu.

Source ponctuelle : la source de rayonnement est assimile un point dont on na pas alors connatre les dimensions relles pour estimer lclairement sur une cible : la distance (d) est le seul paramtre entrant dans le calcul du facteur de forme.La source est note 2, la cible, lment de surface, est note d1. Fd1-2 =

1 d2

Mur de flamme : lmetteur de rayonnement est un rectangle vertical reprsen-tant la flamme. Chaque cible est un autre rectangle, de petites dimensions, parallle au premier, reprsentant un petit lment de surface de la cible.La distance entre le mur de flamme et une cible tient compte de la position de celle-ci, la fois dans le plan et en hauteur.

Pour calculer lclairement, il faut connatre les lments suivants. La surface rayonnante. Pour cela, on assimile la flamme un rectangle dont on dtermine la largeur et sa hauteur. Cette dernire correspond une estimation de la hauteur moyenne de la flamme qui est en ralit de forme accidente, avec des creux et des bosses instationnaires. Cet aspect complexe rend difficile

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lvaluation de la hauteur moyenne de flamme, qui peut nanmoins tre estime en utilisant des formules de corrlation appropries. La distance entre mur de flamme et cibles. On peut admettre que le bord de la flamme concide avec le bord du foyer. Lmittance moyenne du mur de flamme. Elle peut tre estime partir de la temprature de la flamme si celle-ci est connue, partir dune hypothse de frac-tion rayonne de la puissance calorifique. Le facteur de forme. La cible est un lment de surface plane ; la source un rec-tangle parallle au plan de la cible. La normale llment, normale aussi au rec-tangle, passe par un sommet de ce rectangle (dont les cts sont a et b). La cible est la distance d du rectangle (figure suivante). La source est note 2, la cible, lment de surface, est note d1.

Avec : X = a et Y = b d d

Fd1-2 = 1 [ X tan-1 ( Y )+ Y tan-1 ( X )] 2p 1+X 2 1+X 2 1+Y 2 1+Y 2

Flamme cylindrique : lmetteur est assimil un cylindre vertical de base hori-zontale dont la surface est celle de lemprise au sol du foyer.

Pour calculer lclairement, il faut connatre les lments suivants. Le rayon du cylindre est dduit de la surface du foyer. La hauteur du cylindre metteur. Elle peut tre fournie laide de formules de corrlations donnant la hauteur moyenne de flammes de diffusion. La distance entre cylindre et cibles. On peut admettre que le bord de la flamme concide avec le bord du foyer. Lmittance de la flamme. Elle peut tre estime partir de la temprature de la flamme si celle-ci est connue, partir dune hypothse de fraction rayonne de la puissance calorifique ou bien encore partir de formules de corrlations donnant la temprature sur laxe vertical dune flamme de diffusion. Le facteur de forme la cible : une surface plane lmentaire dont la normale est perpendiculaire laxe dun cylindre source. Le cylindre, de rayon r, est de lon-gueur finie l ; une de ses bases est dans le plan contenant la normale llment de surface. La distance entre le cylindre et la cible est d.

La source est note 2, la cible d1.

Avec : L = l et H = h r rX = (1 + H)2 + L2

Y = (1 H)2 + L2

Fd1-2 = 1 tan-1( L )+ L [ X 2H tan-1 ( X(H1) ) 1 tan-1 ( (H1) ) p H H21 p H XY Y(H+1) H (H+1)

Une solution plus fine peut consister dcouper le cylindre en sources lmen-taires constitues par des tranches horizontales dpaisseur constante. chaque

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tranche sont associes une temprature, une missivit (ces deux termes four-nissent lmittance de la tranche), une position en hauteur et dans le plan horizon-tal et une paisseur. La temprature retenue peut tre fournie par une formule de corrlation donnant la temprature sur laxe de la flamme. La hauteur de la flamme peut galement tre fournie par une formule de corrlation.

2.3 - Choix de scnarios

Le scnario feu est choisi au regard de la problmatique, ici la stabilit. Il est aussi choisi au regard dune cible, ici un lment de structure dont on souhaite valuer les conditions de stabilit. La cible peut tre proche ou plus loigne du foyer. Nous verrons, au chapitre suivant, comment estimer laction thermique selon sa position relativement aux sources dagression dues aux feux. La nature, lampli-tude et lintensit de ces sources varient au cours du temps, au cours du dve-loppement du feu, depuis le premier allumage jusqu lextinction du feu par les secours, ou par puisement du combustible.

Le choix du scnario peut ainsi dpendre galement du temps o plus prcis-ment de la phase de dveloppement du feu. Cinq phases sont considres ici. Rappelons que les diffrentes phases dcrites ci-dessous admettent lintgrit de lenveloppe de la structure. Cette hypothse est fonde au dbut du feu. mesure quil stend, il conviendra de confirmer cette hypothse avant de retenir la phase de lincendie.

2.3.1 - Phase de dmarrage

On admet par exemple lallumage accidentel dun premier objet entrepos dans les rayonnages au niveau du sol de la zone de stockage. Le volume investi par les flammes dans les rayonnages augmente par leffet des changes thermiques convectifs et radiatifs entre les flammes, panaches et coulements gazeux.Le volume dair prsent dans la cellule est suffisant pour permettre le dvelop-pement de ce feu. Il nest donc pas ncessaire que des portes extrieures ou des exutoires de fume soient ouverts.La dure de laction thermique sur la cible est limite dans le temps (quelques dizaines de minutes).Le poteau, la poutre de la structure lendroit du dpart de feu sont concerns par ce scnario.

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2.3.2 - Phase dextension du feu

La premire phase de dmarrage est suivie de celle de lextension du feu aux rayonnages voisins. La chronologie des vnements successifs (allumages succes-sifs, effondrement, dversement) devient alors pratiquement impossible prvoir et reprsenter laide dune approche par le calcul mme si on pouvait utiliser un critre de propagation pour un matriau donn, par exemple un critre de tem-prature, ce critre naurait plus de valeur en cas de chute de produit enflamm des rayonnages. On peut seulement prtendre quelle aboutit un feu impliquant une grande quantit de combustible, librant ainsi un dbit calorifique de plusieurs MW sur une surface de stockage croissante.Loxygne prsent dans la cellule est susceptible de ne plus tre en quantit suffi-sante pour permettre un dveloppement du feu. Des ouvertures supplmentaires peuvent tre ncessaires. Diffrents tats douverture des portes daccs aux quais et des exutoires de fumes doivent tre examins.Lensemble des poutres et la partie haute des poteaux situs loin du foyer sont sol-licits par les gaz chauds accumuls sous le plafond. Les parties basses de poteaux situs proximit du feu peuvent en plus tre sollicites par le rayonnement ther-mique direct des flammes.

2.3.3 - Phase de feu dvelopp

La surface implique par le feu dsormais importante (quelques centaines de m2). Le dbit calorifique maximal peut approcher la centaine de MW. Linfluence de ltat des portes daccs aux quais et des exutoires de fumes sur les tempratures atteintes par les gaz doit tre examine. Ici plus encore quaux phases prcdentes des ouvertures sur lextrieur sont ncessaires pour atteindre le dbit calorifique considr. La couche de fume est dsormais paisse. La sollicitation thermique de cibles places en plafond est exclusivement due aux gaz chauds son contact Les poutres, et tout ou partie de la hauteur des poteaux, sont sollicits par les gaz chauds.

2.3.4 - Incendie dun canton

La surface implique par le feu est gale celle dun canton. Le dbit calorifique maximal dpasse la centaine de MW. ce niveau de puissance la quantit de combustible prsent permet une dure de lincendie de plusieurs heures. Pour permettre un tel dbit calorifique il est ncessaire que toutes les portes dune cellule soient ouvertes, ainsi que les exutoires de fumes. La surface utile dexu-toires ainsi que linstant douverture de ces derniers sont les paramtres de ces scnarios. La couche de fume est dsormais paisse. La sollicitation thermique de cibles places en plafond est exclusivement due aux gaz chauds son contact. Les poutres et tout ou partie de la hauteur des poteaux sont sollicits par les gaz chauds.

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2.3.5 - Incendie dune cellule

La surface implique par le feu est gale celle dune cellule, pouvant atteindre plusieurs milliers de m2. Le dbit calorifique maximal dpasse plusieurs centaines de MW. Le feu est gnralis et les gaz chauds remplissent tout le volume de la cellule considre. Tous les lments de la structure sont sollicits par les gaz chauds. Pour le cas o lon admet la ruine de la couverture, les gaz chauds accu-muls dans la cellule sont rapidement vacus et les lments de la structure sont alors chauffs par les gaz chauds provenant des flammes des foyers.

2.4 - Le choix des outils de calculs

2.4.1 - Rappel sur les outils de calculs disponibles

Les modles de feu permettent, partir des donnes fournies par lutilisateur (gomtrie du btiment, caractristiques du foyer dclenchant le scnario, carac-tristiques des sources potentiellement combustibles son voisinage, conditions arauliques et thermiques initiales rgnant dans le btiment, etc.) de calculer au cours du temps les actions thermiques sur des cibles, ici les lments de structure dun entrept.

Les modles peuvent tre regroups en 3 grandes familles.

Les modles locaux (ou de champs) : on crit localement des quations de bilan et dchange. Par exemple : les quations aux drives partielles de Navier-Stokes (conservation de la quantit de mouvement). On introduit des modles de turbulence, de combustion, de cinmatique chimique, dchanges de chaleur par rayonnement entre gaz et parois.Le domaine tudi est dcoup en un grand nombre de volumes de contrle ou mailles au niveau desquels les grandeurs sont supposes uniformes. chaque maille sont attribues des inconnues reprsentant les valeurs des grandeurs phy-siques recherches. Il sagit alors de rsoudre numriquement, de manire locale et instationnaire, les quations de Navier Stokes traduisant les lois dchange et de conservation de la masse, de la quantit de mouvement, des espces et de lnergie.Cependant, la puissance de calcul des ordinateurs ne permet actuellement pas une utilisation pratique de tels outils pour un btiment constitu de plusieurs niveaux eux-mmes constitus de plusieurs locaux.

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Il faut de bons algorithmes de rsolutions. Quelques programmes de ce type donnent de bons rsultats. Le logiciel FDS est aujourdhui largement utilis en ingnierie. Il en existe dautres.

Les modles globaux (de zones ou de volumes finis) : le volume concern par les effets du feu est dcoup en grosses zones o on admet que les carac-tristiques sont uniformes (mais variables au cours du temps). Les quations de bilan et dchange sont peu nombreuses et conduisent des systmes dqua-tions diffrentielles du temps.Lide de base dun dcoupage en zones dun espace de btiment concern par un feu vient de lobservation que les gaz chauds issus dun foyer saccumulent sous le plafond dun local en prsentant une frontire basse peu prs horizontale avec lair frais situ au-dessous. Ceci est valable pour des locaux de forme gomtrique classique, des paralllpipdes rectangles ainsi que pour des foyers placs en par-tie basse du local et assez puissants par rapport aux dimensions du local et en labsence de courants dair importants.Des dizaines de modles de ce type sont plus ou moins oprationnels. Les moyens de calcul et les algorithmes de rsolution numrique ncessaires sont plus acces-sibles. Le CSTB utilise le logiciel CIFI2009 quil a dvelopp et qui a fait lobjet de confrontations au niveau international.

Les modles simples . Ce sont : soit des formules physiques permettant le calcul approch de lvolution dune grandeur (la hauteur de flamme, le dbit dair entran par un foyer), donc des modles ponctuels ; soit des rsultats de traitement statistique (corrlations, rgression) de mesures effectues en situations ralistes, qui sont utilises de faon prdictive lintrieur de certaines limites.Ils visent plutt des ordres de grandeurs. Ces modles conduisent des calculs rapides. Par exemple, les formules permettant de calculer la hauteur de flamme sont dans la pratique destines estimer si la flamme dun foyer peut toucher un lment haut dans un btiment (et mettre en danger sa stabilit).

2.4.2 - Choisir un modle et utiliser un logiciel

Les quelques questions suivantes peuvent aider le praticien de lISI choisir le modle (formule de corrlation, modle global, modle de champ) appropri pour rpondre la question pose et le logiciel associ.

Quels sont les objectifs de scurit ? protection des personnes ; protection des biens et des structures ; protection de lenvironnement.

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Quelles sont les fonctions importantes pour la scurit qui doivent tre maintenues ? la stabilit dun entrept, le compartimentage dune cellule ou dun

ensemble de cellules ; lefficacit dun dispositif de dsenfumage naturel ou mcanique ; le fonctionnement dun quipement sensible la scurit (rseau dali-

mentation en eau dextinction).

Quels sont les phnomnes physiques quil conviendra de reprsenter ? allumage du premier foyer et dveloppement de son activit ; extension du feu aux objets combustibles voisins ; tous les objets prsents participent la combustion ; action thermique sur un dispositif de dtection, une tte darrosage,

un exutoire de fume ; action thermique sur un lment de structure ; interaction eau/foyer ; sollicitation thermique des ouvertures vers lextrieur (bris de vitrage),

lintrieur du btiment (portes, par exemple) ; pression lintrieur du local.

quel stade de dveloppement du feu sintresse-t-on ? lallumage ; pendant la phase de croissance du feu (pr-inflammation gnralise) ; au stade dun feu gnralis (post-inflammation gnralise).

Quelles sont les cibles ? personnes, secours ; objets combustibles, quipements ; structure ; environnement.

O se situe la cible relativement la source dagression ? dans ou hors du local source du feu, dans les flammes ou le panache thermique du foyer, dans un coulement de gaz chauds sous plafond ou dans une couche

de gaz chauds accumuls sous le plafond, proximit dune paroi.

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3. Analyse du btiment

3.1 - Analyse prliminaire

Pour permettre ltude de limpact des incendies sur les cibles (lments de struc-ture) et satisfaire les critres de scurit rglementaires, il est ncessaire danalyser le plan de lentrept en gardant lesprit la physique des phnomnes, dcrite dans la partie prcdente.

Une premire tape consiste identifier les barrires physiques lextension du feu pour ainsi que les zones de stockage afin de dterminer les surfaces maximales pouvant tre en feu simultanment. Par exemple, on identifiera les murs coupe-feu qui sparent les diffrentes cellules. La position des crans de cantonnement est galement une donne importante. Enfin, il convient didentifier prcisment les ouvertures vers lextrieur : type : portes, puits de lumire, exutoires de fume, fentres ; mode douverture : automatique, manuelle, fonte du vitrage ; dclenchement de louverture : seuil de temprature, alarme, etc.

Cette analyse des ouvertures impacte les conditions de dsenfumage et de venti-lation de lincendie.

Enfin, le type et la position des zones de stockage sont aussi des donnes impor-tantes du problme. Elles varient selon le type de produits stocks.

Concernant les lments de structure, il sagit dabord de recenser les cibles de lincendie et de dterminer ensuite quels sont les critres de scurit vrifier pour chaque cible afin datteindre les objectifs de scurit de la structure globale.

Les structures vises dans le cadre de ce guide sont constitues de portiques en bton arm ou prcontraint. Ces portiques sont relis par des poutres principales perpendiculaires qui supportent directement les pannes. Les pannes supportent des lments de couverture. Les portiques comprennent des poteaux en bton arm ou prcontraint et des poutres en bton arm ou prcontraint, lis ensemble. Tous les lments de structure constituent les cibles potentielles, dont le compor-tement doit tre tudi.

Les types de poteaux les plus frquents ont des sections de forme carre ou rec-tangle, avec ou sans feuillure ou engravure.

Les poutres des portiques et les autres poutres principales peuvent tre section constante ou variable, en forme de I, de T ou encore de section rectangulaire.

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Les pannes ont souvent une section constante avec ou sans blochet et de forme rectangulaire, en T ou en U invers.

La couverture est gnralement constitue de panneaux en bton, en bton cel-lulaire, des bacs mtalliques isolation inverse ou dlments de type sandwich. Les faades peuvent tre ralises laide de bardage (bton, ou autre) ou de panneaux de grande dimension fixs aux poteaux. Elles peuvent galement tre constitues de remplissage en maonnerie. Plus rarement, on trouve des voiles bton couls en place. En fonction de leurs conditions de fixation sur la struc-ture porteuse, ces lments peuvent galement constituer une part des charges prendre en compte pour ltude de la structure.

La structure des murs coupe-feu doit galement tre bien identifie. En particulier, il sagit de dterminer si cette structure et indpendante de la structure porteuse de lentrept ou si elle y est intgre (cas courant). Dans ce dernier cas, les poteaux situs au niveau du mur supportent les lments constituant le mur : panneaux de bton cellulaire, maonnerie, voile en bton arm. La condition de dpassement en toiture est parfois ralise par une poutre de couronnement dont la section a une forme en T invers.

3.2 - Conditions dexpositions des cibles

Une fois les scnarios dincendie retenus et les cibles identifies, il faut dterminer les conditions dexposition des cibles. Deux chelles sont diffrencier.

Pour les analyses lment par lment : il est ncessaire de savoir comment est rpartie laction thermique sur le pourtour de la section et selon la longueur de llment.

Pour les analyses globales : sajoute aux facteurs prcdents la possibilit davoir simultanment diffrentes actions thermiques en fonction de la position des cibles.

Pour illustrer cette rpartition spatiale des actions thermiques, on prend lexemple dun feu se dclarant au centre dune cellule, autour dun poteau. Ce cas est illustr sur la figure 7.

Le poteau central est soumis laction thermique relative une cible situe dans le panache. La section est expose sur ses 4 cts.

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Figure 7 : variation des actions thermiques dans lespace

Les sections de poutres sont exposes sur 3 cts si on considre que la couver-ture repose directement sur leur semelle suprieure. Selon leur longueur, 3 actions thermiques interviennent simultanment dans la cellule : celle relative une cible situe au droit du panache proximit du poteau central celle relative la zone de couche chaude lintrieur du canton le reste est temprature ambiante, tant que le cantonnement est efficace.

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3.3 - Dtails constructifs (liaisons, faades)

Lorsquon considre le comportement global de la structure en situation dincen-die, pour dterminer la cinmatique de ruine en particulier, il est ncessaire de bien connatre le comportement des liaisons entre lments de structure et celle des lments secondaires sur la structure. En effet :

Les liaisons entre poutres et poteaux dterminent la validit des modles struc-turaux. Si la liaison est rompue, le modle portique nest plus valide. Les types de liaison courants entre lments principaux de structure sont des clavetages bton, des broches ou des appuis simples (non lis). Pendant lincendie, les liaisons peuvent tre soumises des efforts trs importants induits en particulier par les dformations relatives des lments de structure.

Les liaisons entre lments de mur ou de bardage et les poteaux ou la fixation des quipements et structures secondaires comme les auvents impactent les charges reprises par la structure. En particulier, les auvents haubans peuvent induire des moments de flexions importants dans les poteaux de faade.

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4. Comportement au feu : calcul de lchauffement et rponse de la structure

4.1 - chauffement des lments

Un lment de structure peut tre soumis une action thermique uniforme ou non. Pour les lments linaires (poutres, poteaux), les conditions aux limites peuvent tre : une temprature des gaz uniforme sur le primtre, pour une section donne,

par exemple un poteau entour par les flammes ; une temprature des gaz non uniforme sur le primtre, pour une section don-

ne, par exemple un poteau expos un rayonnement sur une face ; une temprature des gaz non uniforme selon la direction longitudinale, par

exemple une poutre situe au droit du foyer.

Pour les actions thermiques conventionnelles et laction thermique correspondant un feu gnralis, la courbe de temprature des gaz est uniforme dans lespace, pour tous les lments dune structure.

Lchauffement de la section est obtenu en rsolvant lquation de la chaleur sur une section de llment. On considre gnralement que la conduction dans le sens longitudinal peut tre nglige et quun calcul 2D des champs de tempra-ture dans une section est satisfaisant.On tient compte des transferts thermiques entre llment et son milieu gazeux par radiation et par convection.

Le flux de chaleur entrant dans llment est la somme dune composante convec-tive et dune composante radiative :

densit du flux entrant par convection : jc = h (Tg Ts) (W/m

2), densit du flux entrant par rayonnement : j

r = e s (Tg

4 Ts4) (W/m2).

o : s : est la constante de Stefan-Boltzmann, Ts : temprature de la surface de llment chauff, e : coefficient dmissivit rsultant.

On peut aussi reprsenter laction thermique par une temprature quivalente qui permet de ne pas avoir expliciter le terme de radiation, puisque la contri-bution de ce type de transfert thermique est dj intgre la dfinition de la

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temprature quivalente. La condition aux limites sur les faces exposes est donc soit exprime en termes de flux incident, soit en termes de temprature des gaz environnants.

Lorsque les champs de temprature sont calculs pour une section, les donnes suivantes sont retenues pour les lments en bton, conformment lEurocode 1 partie 1-2 et lEurocode 2 partie 1-2 AN.

Pour laction normalise ISO R834, les coefficients dchanges des transferts convectif et radiatif sont (NF EN 1991-1-2AN) :

surface expose au feu : h = 25 (W/m2 K) et e = 0,7 surface non expose au feu : h = 9 (W/m2 K).

Pour les actions thermiques de type feu naturel, les coefficients dchanges des transferts convectif et radiatif sont (NF EN 1991-1-2AN) :

surface expose au feu : h = 35 (W/m2 K) et e =0,7 surface non expose au feu : h = 9 (W/m2 K).

La conductivit thermique du bton : lc (q) (NF EN 1992-1-2AN, 3.3.3)

La chaleur spcifique du bton : cp (q) (NF EN 1992-1-2, 3.3.2)

La masse volumique du bton : r (q) (NF EN 1992-1-2, 3.3.2)

La conductivit thermique de lacier : ls (q) (NF EN 1993-1-2AN, 3.3.3)

La chaleur spcifique de lacier : cp (q) (NF EN 1993-1-2, 3.3.2)

dfaut de renseignements pr-cis et fiables sur le type de bton et sa teneur en eau, on retiendra un bton de type siliceux avec une teneur en eau de 1,5 %.

Un exemple de champ de temp-rature dans une section de poutre I est prsent sur la figure 8.

Figure 8 : champ de temprature

dans une section de poutre

en I pour laction thermique

conventionnelle, 2 h.

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Lorsque les actions thermiques sont dcrites par la courbe normalise, il est pos-sible de faire appel des distributions de temprature simplifies telles que celles donnes dans lannexe A de lEurocode 2 partie 12, sous rserve de vrifier le domaine demploi de ces isothermes.

4.2 - Rponse de la structure soumise une action thermique

Le calcul de la rponse de la structure laction thermique est ncessaire pour va-luer la stabilit au feu des lments et pour analyser la cinmatique deffondrement de la structure.

4.2.1 - Proprits thermo-mcaniques des matriaux

Lorsquon ne recourt pas des valeurs tabules ou des mthodes simplifies valables dans le cas de laction thermique conventionnelle, les calculs avancs doivent prendre en compte leffet de la temprature sur les proprits des mat-riaux. LEurocode 2 partie 1- 2 et son annexe nationale, donnent les valeurs des paramtres du calcul.

Dilatation thermique du bton : (D l/l)c(q) (NF EN 1992-1-2, 3.3.1)

Dilatation thermique des aciers : (D l/l)s(q) pour les aciers passifs et (D l/l)

p(q) pour

les aciers de prcontrainte (NF EN 1992-1-2, 3.4)

Rsistance la traction du bton fck,t

(q) (NF EN 1992-1-2, 3.2.2)

Facteur de rduction de la rsistance la compression du bton kc(q)

(NF EN 1992-1-2, 4.2.4)

Facteur de rduction de la rsistance caractristique des armatures ks(q) ou

kp(q) (NF EN 1992-1-2, 4.2.4)

Lois de comportement chaud de lacier et du bton : fc,q , ecl,q ecu,q

(NF EN 1992-1-2, 3.2.2)

4.2.2 - Action thermique uniforme : vrification de la stabilit au feu dun lment

Chaque lment est considr indpendamment. Laction thermique est uniforme sur la longueur de llment. On doit vrifier qu un instant donn : E

d,t Rq,t

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Avec : Ed,t

les efforts agissants du dimensionnement au temps t Rq,t la rsistance de llment linstant t : moment rsistant, effort

tranchant, effort normal

La vrification consiste donc calculer la rsistance rsiduelle de la section en tenant compte de laffaiblissement des proprits mcaniques avec la tempra-ture, pour le champ de temprature dtermin par les calculs dchauffement au temps t.

4.2.3 - Action thermique uniforme : comportement densemble (cinmatique de ruine)

Dans le cas dun feu gnralis une cellule, laction thermique peut tre uni-forme sur tous les lments de la cellule. On sintresse la cinmatique de ruine cest--dire : aux dformations densemble de la structure : dilatation, courbure, lordre dapparition des ruines locales, lentranement des lments adjacents dans leffondrement dun lment de structure.

Pour ce faire, on a besoin de calculer la rponse laide dun modle 2D ou 3D capable de raliser des calculs en grands dplacements, non linaires car les proprits mcaniques des matriaux varient en fonction de la temprature. Il convient de sassurer que la rsistance des lments nest pas dpasse pendant la dure de laction thermique, en particulier si le modle ne permet pas de vrifier directement certains critres (rotation limite, rsistance au cisaillement).

La figure 9 montre la dformation dun portique soumis une action thermique uniforme juste avant leffondrement total de la structure.

Figure 9 : cinmatique de ruine entranement du poteau vers lintrieur

lors de la ruine de la poutre

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Dans certains cas, sous rserve de bien valuer limpact des dformations des lments adjacents sur le comportement de llment tudi, on peut envisager une analyse lment par lment, en dterminant lordre dapparition des ruines locales et en examinant leffet des effondrements (entranement).

4.2.4 - Action thermique non uniforme : comportement den-semble (plusieurs courbes temprature)

La diffrence avec le cas prcdent est que laction thermique est dcrite par plu-sieurs courbes de temprature, qui dpendent de la position de la cible par rapport au foyer.

Les principes de vrification sont les mmes que dans le 4.2.3.

4.2.5 - Compatibilit des dformations

La compatibilit des dformations entre lments lis ensemble est un point important. En effet sous laction de la temprature et des gradients thermiques, des dilatations et des courbures ont lieu. Lorsque les lments sont totalement libres de se dformer, il ny a pas dimpact dun lment sur lautre. Dans la pra-tique, les liaisons entre lments font intervenir des jeux ou des blocages. Les dformations aux extrmits des lments sont gnes ce qui entrane lapparition de contraintes pouvant tre trs svres.

Lorsque les liaisons contiennent des jeux, il est important de vrifier quel moment les jeux sont combls pour assurer la validit des modles retenus. De mme, certains lments secondaires (panneaux, cloisons) peuvent gner les dforma-tions des lments principaux. Ces particularits sont prendre en compte dans lanalyse pour viter de sous-estimer des effets potentiellement svres pour le comportement densemble de la structure.

4.3 - Outils de calcul

Les lments suivants sont prendre en compte dans le choix de loutil de calcul.

Calcul de lchauffement : les caractristiques des matriaux sont non linaires et dpendent de la

temprature ; la temprature des gaz chauds (ou du flux) dpend du temps.

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Calcul de la rponse de la structure : les caractristiques mcaniques des matriaux sont non linaires et dpendent

de la temprature ; les dformations de la structure sous leffet de lchauffement (dilatation, cour-

bure) peuvent entraner des contraintes importantes dans les sections lorsque ces dformations sont gnes (structures hyperstatiques) ;

les grandes dformations entranent des distributions de charges variables dans le temps (effet du second ordre, report de charge).

La simulation du comportement au feu dune structure est un problme thermo-mcanique coupl dpendant du temps. Les calculs avancs au sens de lEuro-code ncessitent donc de mmoriser chaque pas de temps les distributions de temprature dans les sections et de recalculer les caractristiques mcaniques en chaque point de la section. Les modles aux lments finis utilisant des lments fibres ou couches rpondent cette ncessit.

Un point crucial des simulations par les logiciels lments finis pour les calculs thermo-mcaniques rside dans la capacit suivre les lois de comportement du bton et des aciers conformes aux prescriptions de lEurocode 2 partie 1-2.

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5. Annexes

Annexe 1 - Donnes ncessaires pour raliser une tude

1.1 - Donnes relatives aux btiments

Classement de louvrage (type dICPE) Pour les btiments existants : ge de construction Nature des parois (faades et toiture) Ouvertures : type, dimension, mode douverture Systme de dtection et dalarme Dimensions (plans de recol-lement ou de conception) Disposition et taille des cantonnements Nature, disposi-tion et dimension des murs sparatifs coupe feu.

1.2 - Stockage

Type de stockage (racks, vrac), nature des produits stocks, disposition dans lespace.

1.3 - Structure

StructureDimensions, enrobages.

MatriauxBton : classe de bton, type de granulat, teneur en eau.Armatures : type darmature (passive ou de prcontrainte), type dacier (A, B, C), limite lastique et module dYoung.

ChargesCharges permanentes, charges dexploitation, quipements (ponts roulants, auvents, etc.)

Dtails de mise en uvreNature des liaisons entre lments de structure, liaisons entre panneaux de faade et structure.

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Annexe 2 - Dmarche dune tude

Le logigramme ci-dessous est extrait du document intitul : Ingnierie de scurit incendie Mthodologie gnrale pour la conception, la construction et lexploita-tion douvrages et tabli dans le cadre du Projet National - Ingnierie de la Scurit Incendie (PN-ISI).

Primtre du projet

Objectifs de scuritet critres associs

Dfinition de scnarios dincendie

Choix des mthodes et outilsdvaluation

Revus dtude prliminaire

valuation de la solution propose

Changementssignificatifs ?

Exploitationde louvrage

Suivi de la construction

Solution acceptable ?

Approbation de ltude ISI Rvision de la proposition

NON

NON

OUI

OUIPropositions de solution de conception

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Annexe 3 - Proposition du contenu minimal dun rapport dtude

3.1 - Objet de ltude

Prcise le cadre de ltude et lobjectif recherch. Par exemple, est-ce un entrept neuf ou existant, ltude est-elle faite dans le cadre dune demande dautorisation dexploi-ter, un renouvellement dautorisation, dans le cadre dune dmarche volontaire ?

3.2 - Documents et information de rfrence

Faire la liste des documents ayant servi de base la description de lentrept et la dfinition des scnarios.Ce paragraphe liste les lments suivants. Les documents administratifs : dcision de la DRIRE ou mise en demeure de la

prfecture, Arrt de rfrence. Les documents relatifs la structure : plan, note de calcul : prciser les indices des

versions retenues. Les documents relatifs au stockage : nature, forme de stockage, contraintes

dexploitation. Les documents relatifs la scurit incendie : tude de danger, PV dessais ou de

classement, POI.

3.3 - Description sommaire de lentrept

Il sagit dune brve description des caractristiques de lentrept accompagne si ncessaire de schmas. Elle comprend une prsentation gnrale de louvrage, la description du stockage, les dtails utiles sur le systme de dtection et dalarme, le cantonnement et les ouvertures.

3.4 - Rappel des objectifs de scurit et critres associs

Les objectifs de scurit peuvent tre : stabilit infinie sous feu naturel ; stabilit locale pendant x min ; non-effondrement en chane ; non-effondrement vers lextrieur ; compartimentage ; autres objectifs (vacuation par exemple).

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chaque objectif, il convient dassocier le critre retenu pour apprcier le niveau de scurit : rsistance des lments ; dformation limite ; temprature maximale ; autres critres dont la pertinence sera expose ici.

3.5 - Scnarios dincendie pris en compte

Cette partie prsente les scnarios possibles et les scnarios retenus pour les calculs. Elle indique galement si ces scnarios ont fait ou non lobjet dune valida-tion par les autorits comptentes.

Certains paramtres fondamentaux des scnarios doivent tre explicits : charge incendie, dbit de pyrolyse en fonction du temps, conditions de ventilations, l-ments de construction concerns

3.6 - volution des actions thermiques

Pour chaque scnario retenu, dtermination de lvolution de laction thermique flux/temprature vers les lments objets de ltude, en fonction du temps.

Indication de la (les) mthode(s) (numrique, analytique) utilise(s) Illustra-tion : courbes flux (temprature) temps pour chaque scnario et localisation prpondrante.

Commentaire des rsultats obtenus.

3.7 - Temprature des lments

Pour chaque scnario retenu et partir de la dtermination du flux incident (ou tempratures au voisinage) sur chaque lment concern, la temprature de ll-ment est dtermine.

Indication de la mthode (numrique, analytique..), des donnes dentre (conductivit, chaleur spcifique) et hypothses utilises.

Illustration (exemples) : courbes temprature temps pour chaque scnario et localisation prpondrante, champs de temprature aux endroits significatifs.

Commentaire des rsultats obtenus.

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3.8 - Comportement mcanique tempratures leve

Pour chaque scnario retenu et partir des tempratures calcules, dtermination du comportement mcanique.

Indication de la mthode (numrique, analytique..), des donnes dentre (loi contraintedformation) des conditions aux limites et hypothses utilises.

Illustration : courbes rsistance ou dplacement temps pour chaque scnario et localisation (lment) prpondrante, analyse des liaisons.

Commentaire des rsultats obtenus : il est important de faire le lien entre le rsul-tat prsent et lobjectif de scurit vis.

3.9 - Conclusion

Comparaison entre objectifs recherchs et rsultats obtenus, pour chaque scnario.

3.10 - Proposition dun cahier des charges pour les conditions dexploitation

Compte tenu des conclusions de ltude, les conditions dexploitation ne pas dpasser, afin dassurer que les scnarios dincendie ne seront pas dpasss, sont prcises.

Des dispositions constructives ou des solutions damlioration sont ventuelle-ment proposes.

3.11 - Rfrences

Il sagit des documents de rfrence techniques utiliss pour dterminer les scna-rios de feu ainsi que la rfrence des rgles de calculs utilises pour la vrification de la structure.

Annexe 4 - Exemple de calcul

Voir le chapitre 2 de ce livre.

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Annexe 5 - Glossaire

Feu conventionnelDans la pratique des essais de rsistance au feu des lments de construction et douvrage, une prouvette place dans un four dessai est soumise une sollicita-tion thermique associe lvolution de la temprature des gaz chauds occupants le volume du four dfinie par lISO : Tg = T0 + 345Log10(8t+1) o T0 est la tem-prature ambiante initiale en C et t le temps en minutes. On parle alors de feu conventionnel. Notons que dautres courbes temprature/temps que celle dfinie ci-dessus sont envisageables.

Feu naturelLactivit du feu nest alors plus reprsente par une courbe temprature/temps. Laction thermique qui dcoule de cette activit dpend des foyers potentiels (nature, gomtrie, dimensions et quantit dterminent lamplitude et la dure de lapport de chaleur), du local (nature, dimensions et proprits des parois), de sa ventilation (naturelle : dimensions et position de des ouvertures ; extraction mca-nique : dbit extrait).

Action thermiqueCest la grandeur physique quil faut calculer pour ensuite tre exploite pour le calcul des conditions de stabilit. Il sagit du flux de chaleur incident sur la surface de llment. Il sexprime en W/m2.

Flux de chaleur net absorbCest la grandeur physique qui dtermine lchauffement de llment. Il dpend bien sr de laction thermique mais aussi de coefficients dchanges thermiques caractristiques des gaz chauds et de llment. Des valeurs de ces coefficients sont par exemple proposes dans lEurocode.

clairement (nergtique)Quand la cible est situe hors du foyer et sous la couche de fume accumule sous le plafond, elle est alors chauffe uniquement par rayonnement thermique. Le flux de chaleur incident (laction thermique) sur la cible est alors appel clairement. Il sexprime en W/m2.

Dbit calorifiqueIl caractrise lactivit du foyer, du feu. Il reprsente la puissance dlivre par le feu. Il sexprime en Watt. Il varie au cours du temps. Il est gnralement reprsent par une phase de croissance correspondant au dmarrage du feu, suivie dune phase

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de plein dveloppement correspondant la combustion de tout le combustible pr-sent et enfin dune phase de dclin correspondant lpuisement du combustible.

Contrle par la pyrolyse ou par la ventilationAu tout dbut de lactivit dun feu accidentel, loxygne prsent dans lentrept alimente le foyer. Puis, loxygne est amen par les ouvertures de la cellule. Si le flux doxygne est suffisant, le dveloppement du feu est pilot par la vitesse de dgradation des matriaux combustibles (dbit de pyrolyse). Si ce flux est insuffi-sant, la combustion est incomplte et la puissance libre croit plus lentement. Le dveloppement du feu est alors pilot par le flux dair entrant dans la cellule. Ce rgime de fonctionnement du feu est appel contrle par la ventilation .

Scnario (de feu)La protection contre lincendie fait appel des scnarios dincendies probables, bass sur le retour dexprience des incendies passs. Pour dfinir un scnario, il faut dcrire le lieu de laction (volume ou volumes impliqu(s), dimensions, nature des parois, ouvertures, ventilation mcanique ou non), dfinir la source dner-gie calorifique initiale et lenvironnement combustible et donner des caractris-tiques aux acteurs potentiels qui entreront en scne lorsquils rpondront aux sollicitations dont ils seront lobjet (objets et produits combustibles mobiliers ou immobiliers fixs au btiment). Le rle de ces acteurs, qui nest pas aisment prvisible a priori, dpendra de leurs caractristiques et des conditions auxquelles ils seront soumis. Fixer le scnario ncessite ainsi de dfinir des conditions initiales et aux limites pour un ensemble de phnomnes qui senchaneront et quon a prvu dobserver. Lensemble de ces choix et la dfinition des grandeurs mesurer ou calculer posent les donnes du scnario. Le scnario de feu nest donc pas seulement lvolution temporelle du dbit calorifique.

StructureLes poutres, les poteaux, les portiques, les systmes de contreventement, les lments danti-flambement, les murs et panneaux porteurs, les planchers, les poutres supports et tout autre lment (le cas chant les pannes et lisses) parti-cipant la stabilit de louvrage.

OccupantsIndividus prsents, mme de manire temporaire, dans lentrept au moment de loccurrence de lincendie.

CellulePartie dun entrept compartimente. Elle est dlimite par les murs coupe-feu et les faades.

Enveloppe du btimentFaade et toiture non structurale.

lments sparatifslments porteurs ou non porteurs prsentant une fonction de compartimentage.

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Chapitre2 Exemple dapplication :entrept logistique de 29 000 m

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Chapitre 2 Exemple dapplication

1. ObjetLe but de ce chapitre est dillustrer les vrifications faire dans le cadre dune tude de la stabilit au feu pour un entrept. Certains critres relatifs des zones dintrt sont retenus titre dillustration.

Dans le cas dune tude relle, il serait ncessaire de faire des vrifications dans toutes les zones du btiment. Dans cet exemple, on vrifie la stabilit au feu sous action thermique conventionnelle ISO R834, et sous feu naturel. Dans la pratique, il sagit dune alternative, il nest donc gnralement pas requis de faire les deux.

2. Documents et information de rfrence

Les documents suivants servent de rfrence ltude.

Plans de structure

0001 E Poteaux 0002 C Toiture 0003 G lvation murs coupe-feu 0004 E lvations coupes 0005 C Panneaux architectoniques 2765 0 Cahier de dtail des lments prfabriqus

Autres documents

Sagissant dun exemple, les autres documents ne sont pas disponibles.

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3. Description sommaire de lentrept

Entrept de stockage de 29 000 m, de hauteur 14,5 m sous toiture. Lentrept est divis en 5 cellules de 48 x 120 m. La structure porteuse de lentrept est compose : de 6 types poteaux BA prfabriqus section carre PO5050 simple avec feuillures ou avec engravures (faades) ; section carre PO6060 simple ou avec engravures ; poteau de faade section rectangle PO3050cm de type baonnette ;

de 3 types de poutres prcontraintes prfabriques section de type I ; IN50 (rives) et IE105 ; section de type T ; PT5550 ; de 4 types de pannes prcontraintes prfabriques sections de type T ; PP5230 ou PP6030 ou PT5550 ; de 1 type de poutres prfabriques sur mur coupe-feu, de section T inverse.

Figure 10 : vue simplifie de lentrept en plan

La toiture est constitue de bacs mtalliques isolation inverse. Elle contient un nombre dexutoires permettant de respecter le ratio rglementaire : leur surface utile cumule reprsente 2 % de la surface de la toiture.

Les faades sont revtues de panneaux architectoniques en bton arm dpais-seur 16 cm.

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Les murs sparatifs entre cellules sont constitus de panneaux de bton cellu-laires de 14 cm dpaisseur qui sont insrs dans les poteaux rainurs (poteaux en forme de H).

La trame principale des portiques est de 12 x 24 m. Les poutres principales ont une porte de 24 m, les pannes ont une porte de 12 m.

Les cantons ont une taille de 48 x 24 m et sont disposs selon la largeur de la cellule (48 m) entre les poutres secondaires (entraxe 24 m). Ils ont une hauteur de 1,5 m.

4. Rappel des objectifs de scurit et critres associs

Il sagit dun entrept de plus de 12,5 m de hauteur. On le suppose quip dun systme dextinction automatique. Larticle 6 de larrt du 5 aot 2002 fixe donc le niveau de scurit atteindre pour la structure : R60 : 1 h de stabilit au feu sous laction thermique ISO R834 ; ou dmonter labsence de ruine en chane et de ruine vers lextrieur.

En outre, lArticle 8 demande que les murs coupe-feu entre cellules soient de degr REI120.

Les critres associs aux objectifs ci-dessus pour apprcier le niveau de scurit sont les suivants. Non-effondrement en chane : les poteaux des murs coupe-feu doivent conser-ver leur rsistance au feu pour toute la dure des scnarios tudis : la rsistance chaud des poteaux doit tre suprieure la charge rsultante sous combinaison ELU incendie. Non-effondrement vers lextrieur : la dformation horizontale en tte des poteaux de faade doit tre dirige vers lintrieur des cellules la fin des scna-rios dincendie et le poteau doit supporter les dplacements en tte vers lext-rieur sans prir par flambement. vacuation : la dure de stabilit de la structure doit tre suprieure la dure dvacuation pour tous les scnarios envisags. Compartimentage : les poteaux des murs coupe-feu doivent tre stables au feu pendant 2 heures sous feu ISO (R120) et la temprature moyenne en face non expose ne doit pas dpasser 140 C.

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5. Scnarios dincendie pris en compte

Le premier scnario correspond la situation suivante. Le feu se dclare au pied dun poteau tout proche des racks de stockage1. Lextension verticale du feu est rapide (quelques minutes2). Le poteau se trouve sollicit sur toute sa hauteur et la poutre est localement, au droit du foyer, sollicite selon la mme intensit que le poteau3. Lintensit de laction thermique rsultant de ce scnario est carac-trise par la temprature des flammes et des gaz chauds de combustion. Sa dure dpend de la nature des produits stocks, de leur conditionnement, du taux de remplissage des rayonnages Elle ne peut donc tre connue quap proxi ma ti-vement. De plus, le feu stend et les gaz chauds remplissent le canton et saccu-mulent au plafond. Laction thermique initiale, cause par le dmarrage du feu cde sa place ensuite une action thermique caractrise par la temprature des gaz chauds sous le plafond. Par ailleurs, durant la mme priode, le combustible proche du poteau spuise et laction thermique en pied de poteau dcline. Dans ces conditions, la dure de laction thermique, due la flamme et aux gaz de com-bustion, sur toute la hauteur du poteau et localement sur la poutre est fixe 10 minutes. Ensuite, laction thermique sur la partie haute du poteau et des poutres du canton est due la temprature de la couche chaude. Cest le deuxime scnario retenu. Sa dure est difficile connatre avec prcision. Elle correspond la phase de pr-inflammation gnralise. Cest pendant cette phase que les mesures de mise en scurit agissent. Activation du dsenfumage par ouverture des exutoires par exemple. Nous avons retenu sur cet exemple une dure de 35 minutes. Ensuite le feu est pleinement dvelopp. La temprature est leve. Cest le troisime sc-nario retenu. Cette phase de feu intense et gnralis peut stendre sur plusieurs heures. Pour les calculs nous avons limit sa dure 2 heures4.

Il existe de nombreux scnarios de feux possibles. On se proccupe de feux intenses.

On cherche tudier un nombre de scnarios limit pour en tirer des enseignements.

1 Pour cet exemple nous avons suppos un mode de stockage en racks.2 Des essais ont montr que le dernier niveau de rayonnages brlait en une deux minutes aprs lallumage au pied.3 Pour cet exemple, nous avons suppos que le dernier niveau de rayonnage tait proche de la couverture conduisant ainsi la prsence de flammes et de gaz chauds au contact des poutres. Pour un mode de stockage en tas, il conviendrait de vrifier si la hauteur de la flamme est suffisante pour chauffer la poutre avec la mme intensit que le poteau.4 Si les calculs de stabilit montrent qu deux heures le risque de ruine existe, alors la dure doit tre augmente. Il faut garder lesprit que les calculs considrent lintgrit de len-veloppe de lentrept. Cette hypothse peut ne pas tre vrifie quand la temprature atteint et dpasse une valeur susceptible de causer lembrasement gnralis des objets stocks, soit, une valeur suprieure 700 C.

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Aussi, les scnarios prsents ci-dessous ont t choisis de faon ce que chacun reprsente des situations de feu ou dincendie diffrentes et ralistes. Selon le nombre de portes ouvertes, le nombre dexutoires ouverts et linstant douverture de ces derniers, depuis le premier allumage, jusqu lembrasement gnralis de la cellule en passant par un feu occupant tout ou partie dun canton, 5 situations ont t considres : 1. feu localis, 2. feu svre lintrieur dun canton, 3. feu dvelopp sur de la surface dun canton, 4. feu dvelopp dans un canton, 5. feu gnralis dans une cellule, lorsque la couverture a disparu.

5.1 - Feu localis : scnario 0

On admet par exemple lallumage accidentel dun pre

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